De meeste wolken op aarde zijn gemaakt van water, maar buiten onze planeet komen ze in vele chemische varianten voor. De top van de atmosfeer van Jupiter is bijvoorbeeld bedekt met geel getinte wolken gemaakt van ammoniak en ammoniumhydrosulfide. En op werelden buiten ons zonnestelsel zijn er wolken die zijn samengesteld uit silicaten, de familie van gesteentevormende mineralen die meer dan 90% van de aardkorst uitmaken. Maar onderzoekers hebben de omstandigheden niet kunnen observeren waaronder deze wolken van kleine stofkorrels ontstaan.

Een nieuwe studie die verschijnt in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society geeft enig inzicht:het onderzoek onthult het temperatuurbereik waarbij silicaatwolken kunnen worden gevormd en zichtbaar zijn aan de bovenkant van de atmosfeer van een verre planeet. De bevinding is afgeleid van observaties door NASA's gepensioneerde Spitzer-ruimtetelescoop van bruine dwergen - hemellichamen die tussen planeten en sterren vallen - maar het past in een meer algemeen begrip van hoe planetaire atmosferen werken.

"Het begrijpen van de atmosferen van bruine dwergen en planeten waar silicaatwolken kunnen ontstaan, kan ons ook helpen te begrijpen wat we zouden zien in de atmosfeer van een planeet die qua grootte en temperatuur dichter bij de aarde staat", zegt Stanimir Metchev, hoogleraar exoplaneetstudies bij Western University in London, Ontario, en co-auteur van de studie.

Bewolkte scheikunde

De stappen om elk type cloud te maken zijn hetzelfde. Verwarm eerst het hoofdingrediënt totdat het een damp wordt. Onder de juiste omstandigheden kan dat ingrediënt verschillende dingen zijn, waaronder water, ammoniak, zout of zwavel. Vang het op, koel het net genoeg af om het te laten condenseren, en voilà - wolken! Natuurlijk verdampt gesteente bij een veel hogere temperatuur dan water, dus silicaatwolken zijn alleen zichtbaar op hete werelden, zoals de bruine dwergen die voor dit onderzoek zijn gebruikt en sommige planeten buiten ons zonnestelsel.

Hoewel ze zich als sterren vormen, zijn bruine dwergen niet massief genoeg om fusie op gang te brengen, het proces dat ervoor zorgt dat sterren gaan schijnen. Veel bruine dwergen hebben een atmosfeer die bijna niet te onderscheiden is van die van door gas gedomineerde planeten, zoals Jupiter, dus ze kunnen worden gebruikt als een proxy voor die planeten.

Vóór deze studie suggereerden gegevens van Spitzer al de aanwezigheid van silicaatwolken in een handvol bruine dwergatmosferen. (NASA's James Webb Space Telescope zal dit soort wolken op verre werelden kunnen bevestigen.) Dit werk werd gedaan tijdens de eerste zes jaar van de Spitzer-missie (die in 2003 werd gelanceerd), toen de telescoop drie cryogeen gekoelde instrumenten bedreef. In veel gevallen was het bewijs van silicaatwolken op bruine dwergen, waargenomen door Spitzer, echter te zwak om op zichzelf te staan.

Voor dit laatste onderzoek hebben astronomen meer dan 100 van die marginale detecties verzameld en ze gegroepeerd op de temperatuur van de bruine dwerg. Ze vielen allemaal binnen het voorspelde temperatuurbereik voor waar silicaatwolken zouden moeten ontstaan:tussen ongeveer 1.900 graden Fahrenheit (ongeveer 1.000 graden Celsius) en 3.100 F (1.700 C). Hoewel de individuele detecties marginaal zijn, onthullen ze samen een definitief kenmerk van silicaatwolken.

"We moesten door de Spitzer-gegevens graven om deze bruine dwergen te vinden waar er een indicatie van silicaatwolken was, en we wisten echt niet wat we zouden vinden", zegt Genaro Suárez, een postdoctoraal onderzoeker aan de Western University en hoofdauteur van de nieuwe studie. "We waren erg verrast over hoe sterk de conclusie was toen we eenmaal de juiste gegevens hadden om te analyseren."

In atmosferen die heter zijn dan de bovenkant van het bereik dat in het onderzoek is geïdentificeerd, blijven silicaten een damp. Onder het onderste uiteinde zullen de wolken in regen veranderen of lager in de atmosfeer zinken, waar de temperatuur hoger is.

In feite denken onderzoekers dat silicaatwolken diep in de atmosfeer van Jupiter bestaan, waar de temperatuur veel hoger is dan aan de top, vanwege de atmosferische druk. Hoger kunnen de silicaatwolken niet opstijgen, omdat bij lagere temperaturen de silicaten stollen en niet in wolkvorm blijven. Als de top van de atmosfeer duizenden graden heter zou zijn, zouden de ammoniak- en ammoniumhydrosulfidewolken van de planeet verdampen en zouden de silicaatwolken mogelijk naar de top kunnen stijgen.

Wetenschappers vinden een steeds gevarieerder menagerie van planetaire omgevingen in onze melkweg. Ze hebben bijvoorbeeld planeten gevonden waarvan de ene kant permanent naar hun ster is gericht en de andere permanent in de schaduw - een planeet waar wolken van verschillende samenstelling zichtbaar kunnen zijn, afhankelijk van de waargenomen kant. Om die werelden te begrijpen, zullen astronomen eerst de gemeenschappelijke mechanismen moeten begrijpen die ze vormen. + Verder verkennen

Wetenschappers verbeteren weersvoorspellingen voor bruine dwergen